SHMM模型在浙江省早秈稻新品系區(qū)域試驗中的應(yīng)用

楊海龍， 蔡金洋

(嘉興市農(nóng)業(yè)科學研究院,浙江， 嘉興 314016)

水稻是我國的第二大糧食作物，也是浙江省主要的糧食作物，浙江省種植的常規(guī)水稻品種有2種類型：常規(guī)秈稻和常規(guī)粳稻[1-2]。雖然浙江省早秈稻的播種面積從20世紀80年代后開始逐漸減少，但所培育的早秈稻品種在湖南、湖北和江西仍有廣泛種植。2020年我國早秈稻播種面積比2019年增加30.1萬hm2，雖然長江中下游部分地區(qū)早稻生長期間遭遇嚴重洪澇災(zāi)害，單產(chǎn)有所降低，但由于播種面積大幅增加，早秈稻產(chǎn)量實現(xiàn)了恢復性增長[3]。早秈稻聯(lián)合品種比較試驗是早秈新品種通過審定的主要途徑，如何科學有效地評價參試材料的穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性和參試點辨別能力是科研工作者解決的重要問題。而平移乘積模型(shift multiplicative model，SHMM)多運用于多試驗點多材料的分析，使品種與環(huán)境的互作達到最小化，有效地解決了品種在環(huán)境中的交叉互作，提高了作物新品種的選育效率[4]。因此，采用SHMM模型分析方法進行分析有助于找到廣適應(yīng)性、穩(wěn)定、高產(chǎn)的水稻品種和較好代表性的試驗點。

本研究基于中國水稻研究所提供的2020年浙江省早秈稻聯(lián)合品種比較試驗產(chǎn)量數(shù)據(jù)和嘉興市農(nóng)業(yè)科學研究院試點數(shù)據(jù)，綜合評價各試驗點供試材料的穩(wěn)定性，旨在了解不同早秈稻材料在浙江省不同地點的變化差異，以期找到具有適應(yīng)性廣、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的早秈材料和具有較好代表性的區(qū)試試點，為推廣早秈稻種植提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試點及產(chǎn)量數(shù)據(jù)

以2020年浙江省早秈稻聯(lián)合品種比較試驗中的平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)為資料進行SHMM模型分析。參試點8個，其中中國水稻研究院、浙江省農(nóng)業(yè)科學院、金華市農(nóng)業(yè)科學研究院、溫州市農(nóng)業(yè)科學研究院、紹興市農(nóng)業(yè)科學研究所和寧波市農(nóng)業(yè)科學研究院7個試點產(chǎn)量數(shù)據(jù)取自中國水稻研究所編寫的2020年浙江省早秈稻聯(lián)合品種比較試驗匯總。

1.2 嘉興試點處理設(shè)計

嘉興市農(nóng)業(yè)科學研究院試點田間試驗設(shè)計按照浙江省9410 項目專家組制訂的方案執(zhí)行。試驗于2020年3—7月在浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學研究院(120°42′42″E, 30°50′20″N)試驗田進行，前茬作物為水稻，供試水稻材料為浙江省9個早秈稻參試品系，其中中早39為對照品種(表1)。2020年4月2日播種，5月3日移栽，密植株行距17 cm×15 cm，每個小區(qū)45行，每行12株，每穴4～5苗，重復3次，隨機區(qū)組排列。田間水肥、病蟲害管理與當?shù)爻Ｒ?guī)栽培相同。

表1 嘉興試點參試早秈稻材料及其組合

在嘉興試點對供試早秈材料成熟期每小區(qū)進行統(tǒng)一收獲，單獨脫粒烘干后測定水稻產(chǎn)量。每個小區(qū)選擇6穴稻株進行考種，考查穗長、有效穗數(shù)、結(jié)實率、千粒重、總粒數(shù)等指標。

1.3 SHMM模型

平移乘積模型。SHMM模型是一種廣義的主成分分析(PCA)模型。在主成分分析之前，將所有的數(shù)據(jù)均減去數(shù)據(jù)集的總體平均值，然后再獲得主成分特征值和特征向量。選擇一般常數(shù)，使主成分分析提取更多的處理平方和，這樣就得到SHMM模型。

數(shù)據(jù)分析。田間試驗數(shù)據(jù)采用DPSv7.05和Microsoft Excel 2007進行方差分析和數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表2可知，供試早秈稻品系的平均產(chǎn)量為6.61～7.37 t·hm-2。數(shù)據(jù)表明水稻材料A2產(chǎn)量比對照中早39(CK)增加0.8%，其余品系產(chǎn)量都比對照低，其中A8產(chǎn)量最低，為6.61 t·hm-2，比對照減少9.6%。各試點的早秈稻平均產(chǎn)量為5.94～7.89 t·hm-2。其中中國水稻研究所和溫州市農(nóng)業(yè)科學研究院2個試點的平均產(chǎn)量較高，為7.89和7.34 t·hm-2，浙江省農(nóng)業(yè)科學院試點平均產(chǎn)量最低，為5.94 t·hm-2。

表2 早秈稻新品系在2020年浙江省聯(lián)合品種比較試驗中的產(chǎn)量表現(xiàn) 單位：t·hm-2

由表3可知，不同早秈稻在嘉興試驗點的產(chǎn)量為5.69～6.77 t·hm-2。A6最高，較對照有所增加，其他水稻材料的產(chǎn)量都比對照有不同程度的降低。不同早秈稻有效穗數(shù)差異顯著，其中最多的是A8，為400萬·hm-2，表明其分蘗能力較強；最少的是A1，為244萬·hm-2。每穗粒數(shù)最多的是A4(142粒)，比對照增加37.6%；最少的是對照(103.2粒)。不同早秈稻的結(jié)實率均比對照(80.7%)低；A4結(jié)實率最低，僅67.5%。千粒重最大的是A6和A3，都為26.1 g，比對照增加6.5%，達顯著水平；最低的為A8的23.4 g，比對照下降4.5%，達顯著水平。

表3 早秈稻新品系在嘉興試點產(chǎn)量及其構(gòu)成因素表現(xiàn)

2.2 穩(wěn)定性

2020年浙江早秈稻聯(lián)合品種比較試驗的聯(lián)合方差及SHMM模型分析結(jié)果表明，環(huán)境即試驗地點變異平方和占整個處理平方和的77.63%，基因型即試驗品種占8.23%，品種×地點占14.14%，數(shù)據(jù)表明試驗地點的變異占了主要成分，交互作用是品種間變異的1.7倍。對交互主成分分析(IPCA)顯著性進行近似F測驗，結(jié)果有2項乘積項表達的互作信息達到顯著水平，將剩余不顯著的IPCA合并為殘差。IPCA1、IPCA2和殘差的平方和分別占互作平方和的86.93%、7.41%和5.65%，即前2項互作主成分解釋了94.34%的互作平方和。

表4所示，將每一個品系在交互效應(yīng)主成分空間與原點的歐式距離進行排序，其順序為A9(對照)>A7>A2>A6>A4>A1>A5>A8>A3。結(jié)合表2的平均產(chǎn)量，A3、A8和A5屬于低產(chǎn)穩(wěn)定性品種，對照、A2、A7和A6屬于高產(chǎn)不穩(wěn)定性品種；A4屬于高產(chǎn)穩(wěn)定性材料。

表4 早秈稻新品系品系穩(wěn)定性參數(shù)分析

2.3 試驗地點辨別力

將試點在顯著的PCA1、PCA2得分的分辨力列于表5，其順序為金華市農(nóng)業(yè)科學研究院>中國水稻研究所>溫州市農(nóng)業(yè)科學研究院>紹興市農(nóng)業(yè)科學研究院>臺州市農(nóng)業(yè)科學研究院>寧波市農(nóng)業(yè)科學研究院>嘉興市農(nóng)業(yè)科學研究院>浙江省農(nóng)業(yè)科學院。辨別力高的試驗點是金華市農(nóng)業(yè)科學研究院、中國水稻研究所和溫州市農(nóng)業(yè)科學研究院；辨別力低的試點是浙江省農(nóng)業(yè)科學院、嘉興市農(nóng)業(yè)科學研究院和寧波市農(nóng)業(yè)科學研究院。

表5 早秈稻新品系試點穩(wěn)定性參數(shù)分析

3 小結(jié)與討論

早秈稻品種選育時需要進行多年多點的聯(lián)合品種比較試驗，其表現(xiàn)會受到年度和試點的影響，試點和品種在農(nóng)藝性狀有交互作用[5]。SHMM模型經(jīng)過多年的發(fā)展，在評估大豆、水稻等適應(yīng)性、高產(chǎn)和穩(wěn)定性上被很多科研工作者采用[5-7]。本研究結(jié)果指出溫1938屬于高產(chǎn)穩(wěn)定性品種，說明該材料在浙江省各試驗點中表現(xiàn)較優(yōu)；臺早19-114、紹秈1905和甬秈811屬于低產(chǎn)低穩(wěn)定性品種，從產(chǎn)量和經(jīng)濟效益上來看，不值得推廣。本研究還發(fā)現(xiàn)8個參試點中金華市農(nóng)業(yè)科學研究院、中國水稻研究所和溫州市農(nóng)業(yè)科學研究院試點的辨別力最強，說明這3個試點對參試早秈稻材料做出可靠性評價。但早秈稻產(chǎn)量受到栽培措施、病蟲害防治和自然環(huán)境等的影響，應(yīng)該結(jié)合參試點的地理氣候、農(nóng)藝栽培措施、田間管理等因素來解釋其生物學特征[8]。